船舶柴油機調(diào)速器

船舶柴油機電子調(diào)速器

原理及應(yīng)用

——VIKING電子調(diào)速器指導(dǎo)老師：聶延生答辯人：田宇璽1.調(diào)速裝置的功能及必要性柴油機上均要用到調(diào)速裝置，這是柴油機自身的特點——由扭矩速度特性及噴油泵速度特性所決定的。目的：根據(jù)柴油機負荷變化自動調(diào)節(jié)柴油機循環(huán)供油量，保證柴油機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，從而保證柴油機具有良好的工作性能。1.1柴油機扭矩速度特性燃燒輸出扭矩變化不大；阻力扭矩（外負荷）微變轉(zhuǎn)速大變；★而船舶電站的負載是多變的，柴油發(fā)動機的轉(zhuǎn)速波動太大，電站就無法提供有穩(wěn)定頻率的電源，電源質(zhì)量就不得保證。電能的質(zhì)量指標(biāo)：電壓和頻率的穩(wěn)定性1.2柴油機噴油泵速度特性在沒有調(diào)速機構(gòu)的情況下：負載減小循環(huán)供油量增加；（柱塞套油孔的節(jié)流作用）負載增大循環(huán)供油量減少；★兩種惡性循環(huán)會導(dǎo)致超速運行和意外熄火情況發(fā)生2.調(diào)速器的種類機械式調(diào)速器（對于大型柴油機，調(diào)節(jié)機構(gòu)摩擦阻力較大，靈敏度低）液壓式調(diào)速器（結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，成本高，只用于大功率機型）電子調(diào)速器（結(jié)構(gòu)簡單，精度高，易于自動化，成本低）（附圖）左圖：機械式調(diào)速器工作原理示意圖右圖：液壓式調(diào)速器工作原理示意圖3.調(diào)速器的種類（發(fā)展方向）能源短缺，環(huán)保問題，微電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展極對自動化水平要求的提高，推動了柴油機電控技術(shù)，特別是以微機為核心的數(shù)字式電子控制技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)代控制理論，自適應(yīng)控制，自學(xué)習(xí)系統(tǒng)等的進展使電子調(diào)速器具有調(diào)節(jié)精度高，結(jié)構(gòu)簡單，易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，是今后調(diào)速器的主要發(fā)展方向。4.電子調(diào)速器★發(fā)展歷程：20世紀70年代：模擬電子調(diào)速器；（主要由電阻、晶體管和運算放大器組成）20世紀80年代：由微處理器（MPU）和數(shù)字電路組成的數(shù)字式電子調(diào)速器；90年代以來，數(shù)字式電子調(diào)速器在工作可靠性、調(diào)速控制性能、人機操作界面等各方面都得到了大幅度提升，成為市場主流。4.電子調(diào)速器★具有代表性的電子調(diào)速器：日本NABCO公司的MG-800數(shù)字調(diào)速器德國REGULATEURSEUROPA公司生產(chǎn)的Viking系列電子調(diào)速器SEIMENS公司的SPC-33系列數(shù)字調(diào)速器德國MTU公司的R082型數(shù)字調(diào)速器美國WOODWARD公司的PROACT系列電子調(diào)速器4.1電子調(diào)速器工作原理脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器脈沖信號（負反饋）頻率—電壓轉(zhuǎn)換模擬電壓量數(shù)字信號比較偏差PID運算控制量功率放大后的控制量執(zhí)行器驅(qū)動機構(gòu)4.2PID控制★主要運用于大慣性、大時延的控制對象D：（微分控制）阻止偏差進一步變大，是根據(jù)被控量變化趨勢來進行提前控制P：（比例控制）快速控制減少動態(tài)偏差，偏差越大，控制作用就越大I：（積分控制）逐漸消除靜態(tài)偏差，控制作用與被控量之間無硬性關(guān)系4.2PID控制★PID調(diào)節(jié)器特點：具有可調(diào)節(jié)的動態(tài)參數(shù)，所以相同的調(diào)速器可以與一些具有不同動態(tài)參數(shù)的裝置相匹配輸出信號同時傳達給執(zhí)行機構(gòu)和燃料板，并接收燃料板位置給出的內(nèi)反饋或外反饋，達到限制燃料的目的★隨著科技的發(fā)展，控制器除采用PID控制外，模糊控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等也逐漸被采用并不斷趨向成熟5.VIKING電子調(diào)速器德國REGULATEURSEUROPA公司生產(chǎn)的Viking系列電子調(diào)速器中的一員當(dāng)今世界最先進電子調(diào)速器的代表之一我國煙臺—大連火車輪渡船舶所應(yīng)用的電子調(diào)速器5.VIKING電子調(diào)速器★用于高精度發(fā)電機組，是一種雙脈沖電子調(diào)速器：單脈沖調(diào)速器只進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，而轉(zhuǎn)速變化滯后于負載變化，此調(diào)節(jié)使柴油機輸出波動較大。雙脈沖調(diào)速器可以在分析了由轉(zhuǎn)速傳感器和負載傳感器得來的兩種信號后，在轉(zhuǎn)速未發(fā)生明顯變化前改變供油量。5.VIKING電子調(diào)速器★轉(zhuǎn)速控制分為：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)部分：由檢測出的偏差轉(zhuǎn)速得出相應(yīng)的控制油量信號1燃油限制部分：輪機長設(shè)定最大油量信號2、轉(zhuǎn)矩限制允許最大油量信號3、增壓空氣壓力限制允許最大油量信號4由1、2、3、4中選出最小值，作為伺服器油量設(shè)定值，并通過伺服器來改變供油量（附圖）轉(zhuǎn)速控制示意圖5.1轉(zhuǎn)速的測取★轉(zhuǎn)速信號是由兩個轉(zhuǎn)速傳感器的測速頭測取的：低頻的主轉(zhuǎn)速傳感器1號，其信號源于柔性聯(lián)軸節(jié)載荷側(cè)的標(biāo)記。高頻的從轉(zhuǎn)速傳感器2號，其這個信號源于啟動器(電動機)輸出環(huán)齒如果在兩個測出值間有超過2轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速差，系統(tǒng)將自動選用較高的那個轉(zhuǎn)速信號（附）轉(zhuǎn)速傳感器（結(jié)構(gòu)原理）轉(zhuǎn)速傳感器是由一個裝在線圈內(nèi)的磁棒構(gòu)成安裝在與柴油機曲軸同步運轉(zhuǎn)的飛輪齒圈緣處當(dāng)磁棒頂端與飛輪齒圈輪齒間產(chǎn)生相對運動時，使線圈感應(yīng)出交變脈沖頻率信號此脈沖作為負反饋被送入控制器5.2轉(zhuǎn)速設(shè)置★轉(zhuǎn)速設(shè)置是通過對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)作用調(diào)整供油。即通過檢測偏差轉(zhuǎn)速，將其按照PI或PID規(guī)律運算后輸出相應(yīng)的控制油量信號1★轉(zhuǎn)速設(shè)置初始化開始運轉(zhuǎn)時，設(shè)置的轉(zhuǎn)速必須初始化為怠速轉(zhuǎn)速5.3燃油限制（負荷限制）★在進行轉(zhuǎn)速自動控制時，柴油機的供油量是由調(diào)速器根據(jù)偏差轉(zhuǎn)速大小來控制的調(diào)速器為了把柴油機的轉(zhuǎn)速快速調(diào)節(jié)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，有可能使主機供油量太大而超載，為此遙控系統(tǒng)應(yīng)對柴油機的供油量進行限制5.3燃油限制（負荷限制）★四種燃油限制：啟動時燃油限制增壓空氣壓力燃油限制轉(zhuǎn)矩燃油限制附加燃油限制5.3.1啟動燃油限制★要使柴油機順利地起動起來，必須在柴油機起動時供給適量的燃油為了使起動供油量不受設(shè)定轉(zhuǎn)速的影響，實現(xiàn)定油量起動，遙控系統(tǒng)在柴油機起動期間自動阻斷設(shè)定轉(zhuǎn)速命令，給出一個最佳起動轉(zhuǎn)速及最大允許起動油量，以確保柴油機能安全可靠地起動5.3.2增壓空氣壓力限制★柴油機在低負荷運行時，增壓器輸出的增壓空氣壓力較低，如果這時如給柴油機注入太多的燃油，就會出現(xiàn)油多氣少的現(xiàn)象，導(dǎo)致燃燒不充分而冒黑煙為了防止加速過程中冒黑煙的現(xiàn)象，遙控系統(tǒng)將自動按增壓空氣壓力的高低來限制柴油機的供油保證噴入氣缸的燃油充分燃燒，同時也可防止柴油機受熱件的過熱現(xiàn)象5.3.2增壓空氣壓力限制★增壓空氣壓力—供油量函數(shù)5.3.3轉(zhuǎn)矩限制★在高負荷運行時，限制柴油機的機械負荷，實現(xiàn)對柴油機得得保護5.3.4附加燃油限制★附加燃油限制是作為模擬輸入信號的一個函數(shù)對燃油的一種控制5.4傳感器失效★Viking的一些傳感器會因輸出的電流信號小于2毫安而失效，進而導(dǎo)致柴油機停車?！镞@些傳感器有：增壓空氣壓力傳感器附加傳感器功率傳感器載荷控制傳感器基本載荷傳感器5.5常規(guī)故障報警各種傳感器的失效報警執(zhí)行機構(gòu)線路斷開報警VikingVision程序發(fā)出停車命令的報警無接收錯誤報警齒條限制偏差報警轉(zhuǎn)速控制差錯報警多主錯誤報警內(nèi)存失效報警聯(lián)結(jié)斷開報警6.負載分配★負載分配的控制目標(biāo)：保證負載分配的精度保證負載分配的穩(wěn)定避免負載震蕩

★兩種分配方法：齒條主控/從屬同步孤島式下降式6.1負載分配方法1★傳統(tǒng)方法：通過速度降實現(xiàn)柴油機并車，轉(zhuǎn)速設(shè)定值就應(yīng)減小從空載增加到滿負載時，速度下降量用下降百分比來表示6.2負載分配方法2（Viking）★電子調(diào)速器：數(shù)臺柴油機等時負載分配。是一個速度降為零的恒速系統(tǒng)?！镏鳈C：根據(jù)燃油量相等原理進行分配當(dāng)兩臺主機并行時，主控調(diào)速器（先合上斷路器的調(diào)速器）向從屬調(diào)速器發(fā)出與燃料板位置成比例的信號，燃料板相互間用電聯(lián)動，兩主機同時作用于負載，由此消除負載震蕩6.2負載分配方法2（Viking）★發(fā)電柴油機：柴油機上附加一個負載傳感器，調(diào)速器由此得到測出的發(fā)電機負載信號，并用此信號與平均負載信號比較，得出偏差信號，以此進行調(diào)節(jié)附1：各個調(diào)速器之間可以通過EIA485聯(lián)機互相連接，它們都有單獨的地址號碼附2：所有的通信都被一個16B的CRC（循環(huán)冗余碼校驗）值保護，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。如果數(shù)據(jù)不可靠，它將不被采用，接收單元將等待下一次的傳輸7.展望★對于電子調(diào)速器，還要進行以下幾個方面的研究：應(yīng)用現(xiàn)代控制技術(shù)進一步提高調(diào)速性能，減少有害排放；增壓柴油機的調(diào)速控制；并機運行負荷分配的控制；關(guān)鍵部件的研究；多功能開發(fā)。